الحوسبة الفائقة في اليابان

تدير اليابان عددًا من مراكز الحوسبة الفائقة التي تحمل أرقامًا قياسية عالمية في السرعة، حيث كان جهاز الكمبيوتر K هو الأسرع في العالم من يونيو 2011 إلى يونيو 2012، ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]} وحافظ جهاز Fugaku على الصدارة من يونيو 2020 حتى يونيو 2022.

كان أداء حاسوب K مذهلاً، وفقًا للبروفيسور جاك دونغارا، المسؤول عن قائمة TOP500 لأجهزة الحاسوب العملاقة ، وقد تفوق على أداء منافسيه الخمسة التاليين مجتمعين. ^{[ 1 ]} بلغت تكلفة تشغيل حاسوب K عشرة ملايين دولار أمريكي سنويًا. ^{[ 1 ]}

بدأ دخول اليابان مجال الحوسبة الفائقة في أوائل ثمانينيات القرن العشرين. ففي عام ١٩٨٢، استخدم نظام LINKS-1 للرسومات الحاسوبية التابع لجامعة أوساكا بنية معالجة متوازية ضخمة ، تضم ٥١٤ معالجًا دقيقًا ، منها ٢٥٧ معالج تحكم من طراز Zilog Z8001 و٢٥٧ معالجًا للفاصلة العائمة من طراز iAPX 86/20 (وهو عبارة عن دمج معالج 8086 مع وحدة معالجة الفاصلة العائمة 8087) . وقد استُخدم النظام بشكل أساسي لعرض رسومات حاسوبية ثلاثية الأبعاد واقعية . ^{[ ٤ ]} وادعى مصمموه أنه كان أقوى حاسوب في العالم بحلول عام ١٩٨٤. ^{[ ٥ ]}

طُوّرت عائلة الحواسيب العملاقة SX-3 من قِبل شركة NEC وأُعلن عنها في أبريل 1989. ^{[ 6 ]} أصبح SX-3/44R أسرع حاسوب عملاق في العالم عام 1990. وحصل حاسوب فوجيتسو العملاق Numerical Wind Tunnel على المركز الأول عام 1993. وباستثناء فوز مختبرات سانديا الوطنية في يونيو 1994، استمرت الحواسيب العملاقة اليابانية في تصدّر قوائم TOP500 حتى عام 1997. ^{[ 7 ]}

احتلّ حاسوب K المركز الأول بعد سبع سنوات من احتفاظ اليابان باللقب عام 2004. ^{[ 1 ] [ 2 ]} كان حاسوب Earth Simulator العملاق، الذي بنته شركة NEC في الوكالة اليابانية لعلوم وتكنولوجيا البحار والأرض (JAMSTEC)، الأسرع في العالم آنذاك. استخدم 5120 معالجًا من طراز NEC SX-6i ، مُولِّدًا أداءً بلغ 28,293,540 مليون تعليمة في الثانية ( MIPS ). ^{[ 8 ]} كما بلغ ذروة أدائه 131 تريليون عملية حسابية في الثانية ( TFLOPS )، باستخدام رقائق معالجة متجهة خاصة . 

استخدم حاسوب K أكثر من 60,000 معالج SPARC64 VIIIfx تجاريًا موزعة على أكثر من 600 خزانة. إن حقيقة أن حاسوب K كان أسرع بأكثر من 60 مرة من جهاز محاكاة الأرض، وأن جهاز محاكاة الأرض احتل المرتبة 68 عالميًا بعد 7 سنوات من تصدره القائمة، تُظهر بوضوح كلًا من التطور السريع في الأداء الفائق في اليابان والانتشار الواسع لتكنولوجيا الحوسبة الفائقة على مستوى العالم.

مقارنة (يونيو 2011) ^{[ 7 ]}

أعلى سرعة ( تيرافلوب )	دولة	عدد أجهزة الكمبيوتر في قائمة أفضل 500 جهاز
33860	الصين	61
22998	هولندا	31
17590	الولايات المتحدة	25
8162	اليابان	26
1050	فرنسا	25
826	ألمانيا	30
350	روسيا	12
275	المملكة المتحدة	27

يضم مركز GSIC في معهد طوكيو للتكنولوجيا الحاسوب العملاق تسوبامي 2.0، الذي تبلغ ذروة قدرته 2288 تيرافلوب ، وقد احتل المرتبة الخامسة عالميًا في يونيو 2011. ^{[ 9 ]} طُوّر هذا الحاسوب في معهد طوكيو للتكنولوجيا بالتعاون مع شركتي NEC و HP ، ويتكون من 1400 عقدة تستخدم معالجات HP Proliant وNVIDIA Tesla. ^{[ 10 ]}

يُعدّ حاسوب RIKEN MDGRAPE-3، المُخصّص لمحاكاة ديناميكيات البروتينات الجزيئية، حاسوبًا فائقًا من فئة البيتاسكيل، يقع في المركز المتقدم للحوسبة والاتصالات التابع لمعهد RIKEN في واكو، سايتاما ، على مشارف طوكيو. ويستخدم هذا الحاسوب أكثر من 4800 شريحة MDGRAPE-3 مُصمّمة خصيصًا، بالإضافة إلى معالجات Intel Xeon . ^{[ 11 ]} ومع ذلك، ونظرًا لكونه حاسوبًا مُخصّصًا، فإنه لا يُمكن إدراجه في قائمة TOP500 التي تتطلب اختبار Linpack المعياري.

النظام المهم التالي هو حاسوب فوجيتسو العملاق PRIMERGY BX900 التابع لوكالة الطاقة الذرية اليابانية . وهو أبطأ بكثير، حيث تصل قدرته إلى 200 تيرافلوب، ويحتل المرتبة 38 عالميًا في عام 2011. ^{[ 12 ] [ 13 ]} 

تاريخياً، تميز نظام Gravity Pipe (GRAPE) للفيزياء الفلكية في جامعة طوكيو ليس بسرعته القصوى البالغة 64 تيرافلوب، ولكن بتكلفته وكفاءته في استهلاك الطاقة، حيث فاز بجائزة غوردون بيل في عام 1999، بتكلفة حوالي 7 دولارات لكل ميغافلوب، باستخدام عناصر معالجة خاصة. ^{[ 14 ]}

ديجيما عبارة عن مجموعة حواسيب فائقة الكفاءة من حيث التكلفة والطاقة، تقع في مركز ناغازاكي للحوسبة المتقدمة بجامعة ناغازاكي . تُستخدم هذه المجموعة لإجراء محاكاة هرمية متعددة الأجسام ، وتتميز بأداء ذروة يبلغ 111 تيرافلوب، مع كفاءة طاقة تصل إلى 1376 ميجا فلوبس/واط. بلغت التكلفة الإجمالية للأجهزة حوالي 500,000 دولار أمريكي. ^{[ 15 ] [ 16 ]}

يدير مركز المحاكاة الحاسوبية ، التابع لمركز أبحاث طاقة الاندماج الدولي ضمن مشروع ITER ذي النهج الأوسع ^{[ 17 ]} / وكالة الطاقة الذرية اليابانية،  حاسوبًا فائقًا بقدرة 1.52 بيتا فلوبس (يعمل حاليًا بقدرة 442  تيرافلوبس) في روكاشو، أوموري . يتكون النظام، المسمى هيليوس (روكو-تشان باليابانية)، من 4410 وحدة معالجة من طراز Groupe Bullx B510، ويُستخدم في مشاريع محاكاة الاندماج النووي .

بدأ مركز تكنولوجيا المعلومات بجامعة طوكيو في كاشيوا، تشيبا ، تشغيل حاسوب أوكليف-إف إكس العملاق في أبريل 2012. هذا الحاسوب العملاق هو من طراز فوجيتسو برايم إتش بي سي إف إكس 10 (نسخة تجارية من حاسوب كيه ) مُجهز بـ 4800 عقدة حسابية، مما يمنحه أداءً فائقًا يصل إلى 1.13  بيتافلوب. كل عقدة حسابية عبارة عن معالج سبارك 64 آي إكس إف إكس متصل بالعقد الأخرى عبر شبكة/حلقة سداسية الأبعاد. ^{[ 18 ]}

في يونيو 2012، نشرت شعبة التنبؤ العددي التابعة لإدارة التنبؤات في وكالة الأرصاد الجوية اليابانية حاسوبًا عملاقًا من طراز هيتاشي  SR16000/M1 بقدرة 847 تيرافلوب ، وهو مبني على معالج IBM Power 775 ، في مكتب عمليات أنظمة الحاسوب ومركز الأقمار الصناعية للأرصاد الجوية في كيوس، طوكيو . ^{[ 19 ]} يتكون النظام من حاسوبين من طراز SR16000/M1، كل منهما عبارة عن مجموعة من 432 عقدة منطقية. تتكون كل عقدة من أربعة معالجات IBM POWER7 بتردد 3.83 جيجاهرتز وذاكرة سعتها 128 جيجابايت. يُستخدم النظام لتشغيل نموذج تنبؤ جوي محلي عالي الدقة (2 كيلومتر أفقيًا و60 طبقة رأسيًا، يصل إلى 9 ساعات) كل ساعة.   

بدأت اليابان في عام 2003 باستخدام الحوسبة الشبكية في مشروع مبادرة الشبكة البحثية الوطنية (NAREGI) لتطوير شبكات عالية الأداء وقابلة للتوسع عبر شبكات فائقة السرعة كبنية تحتية حاسوبية مستقبلية للبحوث العلمية والهندسية. ^{[ 20 ]}

• حاسوب الجيل الخامس
• تاريخ الحوسبة الفائقة
• حاسوب شخصي فائق
• بنية الحواسيب العملاقة
• الحوسبة الفائقة في الصين
• الحوسبة الفائقة في أوروبا
• الحوسبة الفائقة في الهند
• الحوسبة الفائقة في باكستان
• الحوسبة الفائقة في تايوان

• مركز GSIC، معهد طوكيو للتكنولوجيا
• موقع GRAPE في جامعة طوكيو